EP1361781A1 - Electronic ballast for operating discharge lamps - Google Patents
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- EP1361781A1 EP1361781A1 EP03010169A EP03010169A EP1361781A1 EP 1361781 A1 EP1361781 A1 EP 1361781A1 EP 03010169 A EP03010169 A EP 03010169A EP 03010169 A EP03010169 A EP 03010169A EP 1361781 A1 EP1361781 A1 EP 1361781A1
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- charge pump
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- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Definitions
- the invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of Claim 1. It is in particular a circuit arrangement that can be used in an operating device for gas discharge lamps, the Invention disadvantages in the ignition of gas discharge lamps eliminated with the use of a charge pump to improve the power factor.
- Circuit arrangements for gas discharge lamps hereinafter referred to as lamps for short, which are operated on a mains voltage which has, for example, an effective value for the voltage of 230 V and a frequency of 50 Hz, generally contain a rectifier and an inverter.
- Such circuit arrangements are subject to relevant standards regarding the mains current harmonics and thus the power factor (eg IEC 1000-3-2), which requires additional circuitry.
- a cost-effective way to comply with these standards is through circuit topologies, which are called charge pumps in the literature.
- a charge pump consists of the mains voltage during a first half period a high-frequency oscillation that is significantly higher than the mains frequency, Extract energy, store it temporarily in a pump element and during a second half period to a storage capacitor. So that's it possible to achieve an approximately sinusoidal course of the mains current and thus values for the mains harmonics and the power factor achieve as required in the standards.
- the charge pump As long as the charge pump is in operation, it continuously supplies energy to the storage capacitor from. This energy is in normal operation, i.e. H. while the lamp burns, removed from the lamp. A state of equilibrium develops, which is expressed in a constant mean value of the voltage across the storage capacitor, where the mean is to be formed over half a network period. At the ignition The lamp requires a high voltage on the lamp, but it takes Do not light up energy in this state. Because the charge pump is running energy supplies to the storage capacitor, the voltage across the storage capacitor rises during the ignition of the lamp. So bump used in the circuit arrangement Components u. U. to their load limit. In particular components as the storage capacitor itself and electronic used in the circuit arrangement Switches are made with the lowest possible maximum for cost reasons Voltage load designed.
- the circuit arrangement To a circuit arrangement with charge pump before being destroyed by a not to secure or poorly igniting lamp, it is common for the circuit arrangement to be equipped with a shutdown.
- the shutdown is usually monitors the voltage at the storage capacitor. If the value of the Voltage at the storage capacitor above a predetermined switch-off value, the Circuit arrangement deactivated. So there’s the problem that especially in the case of cold start devices, the operation of lamps that last a long time Have ignition process is not ensured.
- the pump control switch is state of the art designed as an electronic switch, for example as a MOSFET.
- the pump suppression current essentially causes the pump element to the storage capacitor not only provides energy, but can also withdraw energy and thus the charge pump is limited in its functionality or completely out of operation is set.
- the charge pump generally contains the series connection a first and a second pump diode. This series connection is between the Mains voltage and the storage capacitor switched. The connection point of the The high-frequency oscillation is applied to the pump diode via the pump element.
- the pump control switch becomes parallel to the series connection of the pump diodes connected.
- the functionality of the charge pump is also possible suppress that a switch is arranged in series or parallel to the pump element becomes.
- a pump element has no function in the charge pump also has other influences and functions in the circuit arrangement this option was not used in practice.
- the pump control switch is from a Control device that controls the value of the voltage across the storage capacitor supervised.
- the control device compares the value of the voltage across the storage capacitor with a predetermined threshold and switches the pump control switch when the threshold is exceeded, causing the charge pump to stop operating is set.
- the pump control switch is from a Controlled control device that monitors the ignition of the lamp. As long as the Has not ignited, the pump control switch is closed and thus the Charge pump out of order.
- the pump control switch is not an electronic one Switch that has a control input from a control device must be operated. Rather, it is the pump control switch according to the invention around a device that is driven by the pump suppression current a heating time is heated. Reaches the pump control switch according to the invention a given switching temperature, its resistance increases, causing the pump suppression current is reduced and the charge pump is effective becomes.
- the pump control switch according to the invention advantageously does not require any Control device, as is the case in the prior art. Automatically suppressed during the heating process, the functionality of the charge pump and prevents an increase in the value of the voltage at the storage capacitor during this time. The heating-up time is such that even a poorly igniting lamp is safe can be ignited.
- the lamp did not ignite after the heating-up time, then so is it a defective lamp or is there another fault and the circuit arrangement must be taken out of operation. This can be done through a Shutdown happen, the value of the voltage across the storage capacitor supervised. It is crucial that this switch-off device is not used to control the Charge pump serves, but intervenes only in the event of a fault.
- the invention Pump control switch requires no control device for its control and thus offers a cost-effective option for poorly igniting lamps to ignite with circuit arrangements containing a charge pump.
- PTC thermistors are preferred for the pump control switch according to the invention used in the literature also as PTC (Positive Temperature Coefficient) be designated.
- PTC thermistor a temperature at which he has a resistance whose value is so low is that an effective pump suppression current can flow. Through this The PTC thermistor is heated up by pump suppression current.
- PTC thermistors have a non-linear relationship between temperature and resistance. Accordingly, there is a switching temperature described above. Reaches the PTC thermistor this switching temperature so its resistance rises to values that none effective pump suppression current flow more and thus the charge pump can work as intended.
- the loss line in the PTC thermistor, the Switching temperature and the thermal inertia of the PTC thermistor are according to the invention coordinated so that the switching temperature is reached after a time, which is sufficient to ignite a poorly igniting lamp.
- a thermistor can also be used to control the charge pump are connected, for example, in series with the pump element.
- NTC thermistor
- the pump control switch according to the invention is preferred in parallel with the series connection of the pump diodes switched.
- a rectifier which in general consists of rectifier diodes arranged in a bridge circuit. From the Literature is known that the task of the pump diode facing the mains voltage can also be taken over by rectifier diodes. From the series connection in this case, the pump diode is only the one facing the storage capacitor Pump diode accessible.
- the pump control switch according to the invention is in this case connected in parallel to this pump diode.
- the pump control switch becomes the mode of operation of a pump branch connected in parallel to the pump diode to the relevant pump branch heard and facing the storage capacitor.
- transistors are identified by the letter T, diodes by the letter D, capacitors by the letter C, chokes by the letter L, potentials denoted by the letter P followed by a number. Also below are for the same and equivalent elements of the different Embodiments used the same reference numerals throughout.
- a circuit arrangement according to the invention is shown in FIG.
- a mains voltage which in a filter device F is fed.
- the filter device F serves for suppression of radio interference.
- the output of the filter device F is with a Rectifiers consisting of diodes D1, D2, D3 and D4 connected.
- the diodes D1-D4 are connected in a known bridge rectifier circuit.
- About the Diodes D1 and D3 become the positive potential of the rectified at a potential P1 Mains voltage provided.
- a ground potential M is with the Diodes D2 and D4 connected.
- the series connection is between P1 and a potential P2 a first pump diode D5 and a second pump diode D6.
- the polarity of the pump diodes is chosen so that the mains voltage in the circuit arrangement can generate a current flow.
- Between the potential P2 and A storage capacitor C1 is connected to ground potential M.
- the voltage at C1 feeds an inverter, which is described below.
- P2 and the ground potential M is the series connection of a first and of a second semiconductor switch T1 and T2, which is a so-called half-bridge form.
- the potential P4 forms at the connection point of the semiconductor switches.
- the semiconductor switches are designed as MOSFETs. However, you can also be designed, for example, as bipolar transistors or IGBTs.
- T1 and T2 are alternately controlled at the gates by a half-bridge driver HT.
- a control circuit A specifies the clock of this control. This can be yours Generate clock independently or depending on output variables of the half-bridge. in the latter case is called a self-excited half-bridge inverter.
- the high-frequency oscillation exploited at P4 and at P5 for the charge pump. It is also possible, to use only one of the two high-frequency vibrations. The capacitor that with the unused high-frequency oscillation can then be coupled to P2 become.
- the pump diodes D5 and D6 are not looped into the positive output of the rectifier, but into the negative.
- the ground potential M via the series connection of the Pump diodes with the negative output of the rectifier, i.e. the connection point of diodes D2 and D4.
- FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention shown.
- the Circuit arrangement now two pump branches. Parallel to the pump diodes D5 and D6 is a further series circuit made up of pump diodes D7 and D8.
- the Capacitors C33 and C43 are not connected at one end compared to FIG. 1. Only the capacitor C33 is connected to the potential P3. in the The second pump branch is the high-frequency oscillation of the potential P5 over the Capacitor C43 fed to potential P6, which is the junction of the pump diodes D7 and D8 of the second pump branch designated.
- the PTC thermistor KL is only parallel to the pump diode D6 of the first Pump branch switched. This only influences the first charge pump in a targeted manner.
- the second charge pump is also active during the ignition. This can be desirable be to a higher voltage on the storage capacitor during the ignition process To achieve C1 and thus the ignition voltage is increased.
- the PTC thermistor KL prefferably connected in parallel with the pump diode D8. In this case, the second pump branch becomes ineffective until the PTC thermistor heats up connected.
Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um eine Schaltungsanordnung, die in einem Betriebsgerät für Gasentladungslampen eingesetzt werden kann, wobei die Erfindung Nachteile bei der Zündung von Gasentladungslampen beseitigt, die mit dem Einsatz einer Ladungspumpe zur Verbesserung des Leistungsfaktors einhergehen.The invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of Claim 1. It is in particular a circuit arrangement that can be used in an operating device for gas discharge lamps, the Invention disadvantages in the ignition of gas discharge lamps eliminated with the use of a charge pump to improve the power factor.
Schaltungsanordnungen für Gasentladungslampen, im folgenden kurz Lampen genannt, die an einer Netzspannung betrieben werden, die beispielsweise einen Effektivwert für die Spannung von 230V und eine Frequenz von 50Hz aufweist, enthalten im allgemeinen einen Gleichrichter und einen Wechselrichter. Derartige Schaltungsanordnungen unterliegen einschlägigen Normen bezüglich der Netzstrom-Oberschwingungen und damit des Leistungsfaktors (z.B. IEC 1000-3-2), was einen zusätzlichen Schaltungsaufwand erfordert. Eine kostengünstige Möglichkeit diese Normen einzuhalten besteht durch Schaltungstopologien, die in der Literatur Ladungspumpen genannt werden. Eine ausführliche Beschreibung der Wirkungsweise und von Ausführungsbeispielen ist beispielsweise der folgenden Literatur zu entnehmen: Qian J., Lee F. C.: Charge Pump Power-Factor-Correction Technologies, Part I: Concept and Principle, Part II: Ballast Applications, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 15, No. 1, pp 121-139, New York, USA, Circuit arrangements for gas discharge lamps, hereinafter referred to as lamps for short, which are operated on a mains voltage which has, for example, an effective value for the voltage of 230 V and a frequency of 50 Hz, generally contain a rectifier and an inverter. Such circuit arrangements are subject to relevant standards regarding the mains current harmonics and thus the power factor (eg IEC 1000-3-2), which requires additional circuitry. A cost-effective way to comply with these standards is through circuit topologies, which are called charge pumps in the literature. A detailed description of the mode of operation and of exemplary embodiments can be found, for example, in the following literature: Qian J., Lee FC: Charge Pump Power-Factor-Correction Technologies, Part I: Concept and Principle, Part II: Ballast Applications , IEEE Transactions on Power Electronics , Vol. 15, No. 1, pp 121-139, New York, USA,
Power Electronics, Vol. 15, No. 1, pp 121-139, New York, USA, 2000. Das Prinzip einer Ladungspumpe besteht darin, der Netzspannung während einer ersten Halbperiode einer Hochfrequenzschwingung, die wesentlich höher ist, als die Netzfrequenz, Energie zu entnehmen, in einem Pumpelement zwischenzuspeichern und während einer zweiten Halbperiode an einen Speicherkondensator abzugeben. Damit ist es möglich einen näherungsweise sinusförmigen Verlauf des Netzstroms zu erzielen und damit Werte für die Netzstromoberschwingungen und den Leistungsfaktor zu erreichen, wie sie in den Normen verlangt werden.Power Electronics, Vol. 15, No. 1, pp 121-139, New York, USA, 2000. The principle A charge pump consists of the mains voltage during a first half period a high-frequency oscillation that is significantly higher than the mains frequency, Extract energy, store it temporarily in a pump element and during a second half period to a storage capacitor. So that's it possible to achieve an approximately sinusoidal course of the mains current and thus values for the mains harmonics and the power factor achieve as required in the standards.
Solange die Ladungspumpe in Betrieb ist, gibt sie laufend Energie an den Speicherkondensator ab. Diese Energie wird im Normalbertrieb, d. h. während die Lampe brennt, von der Lampe abgenommen. Es bildet sich ein Gleichgewichtszustand aus, der sich in einem konstanten Mittelwert der Spannung am Speicherkondensator ausdrückt, wobei der Mittelwert über eine halbe Netzperiode zu bilden ist. Bei der Zündung der Lampe wird an der Lampe eine hohe Spannung benötigt, jedoch nimmt die Lampe in diesem Zustand keine Energie auf. Da die Ladungspumpe laufend Energie an den Speicherkondensator liefert, steigt die Spannung am Speicherkondensator während der Zündung der Lampe. Damit stoßen in der Schaltungsanordnung vorwendete Bauelemente u. U. an ihre Belastungsgrenze. Insbesondere Bauelemente wie der Speicherkondensator selbst und in der Schaltungsanordnung verwendete elektronische Schalter werden aus Kostengründen mit einer möglichst niedrigen maximalen Spannungsbelastung ausgelegt. Bei einer Lampe die nur zögernd oder gar nicht zündet, besteht somit die Gefahr der Zerstörung der Schaltungsanordnung, da die Spannung am Speicherkondensator die maximal zulässige Spannung von Bauelementen überschreitet. Diese Gefahr ist bei Schaltungsanordnungen, die keine Vorheizung der Elektrodenwendeln der Lampe vornehmen, erhöht. Durch eine Vorheizung der Elektrodenwendeln wird die für eine Zündung nötige Spannung an der Lampe reduziert und damit der Zündvorgang verkürzt. Bei Schaltungsanordnungen, die keine Vorheizung der Elektrodenwendeln vornehmen, ist der Zündvorgang länger und damit die Spannung höher, die sich während der Zündung am Speicherkondensator aufbaut. Geräte, die derartige Schaltungsanordnungen enthalten werden auch Kaltstartgeräte genannt. Gut zündende Lampen, sind Lampen bei denen der Zündvorgang nach 1ms abgeschlossen ist. Schlecht zündende Lampen benötigen Zündvorgang nach 1ms abgeschlossen ist. Schlecht zündende Lampen benötigen teilweise bis zu 100ms für die Zündung.As long as the charge pump is in operation, it continuously supplies energy to the storage capacitor from. This energy is in normal operation, i.e. H. while the lamp burns, removed from the lamp. A state of equilibrium develops, which is expressed in a constant mean value of the voltage across the storage capacitor, where the mean is to be formed over half a network period. At the ignition The lamp requires a high voltage on the lamp, but it takes Do not light up energy in this state. Because the charge pump is running energy supplies to the storage capacitor, the voltage across the storage capacitor rises during the ignition of the lamp. So bump used in the circuit arrangement Components u. U. to their load limit. In particular components as the storage capacitor itself and electronic used in the circuit arrangement Switches are made with the lowest possible maximum for cost reasons Voltage load designed. With a lamp that is hesitant or even does not ignite, there is therefore a risk of destruction of the circuit arrangement, since the voltage at the storage capacitor is the maximum permissible voltage of components exceeds. This danger is with circuit arrangements that do not Preheat the electrode filaments of the lamp, increased. By preheating of the electrode filaments is the voltage necessary for ignition Lamp reduced and thus the ignition process shortened. With circuit arrangements, The ignition process is longer if the electrode coils are not preheated and with it the tension higher, which during the ignition on Storage capacitor builds up. Devices that contain such circuitry are also called cold start devices. Good lighting lamps are lamps with them the ignition process is completed after 1ms. Lamps that ignite badly Ignition process is completed after 1ms. Lamps that ignite badly sometimes up to 100ms for the ignition.
Um eine Schaltungsanordnung mit Ladungspumpe vor der Zerstörung durch eine nicht oder schlecht zündende Lampe zu sichern, ist es üblich die Schaltungsanordnung mit einer Abschaltung auszustatten. Durch die Abschaltung wird in der Regel die Spannung am Speicherkondensator überwacht. Bei Überschreitung des Werts der Spannung am Speicherkondensator über einen vorgegebenen Abschaltwert, wird die Schaltungsanordnung außer Betrieb gesetzt. Damit besteht allerdings das Problem, dass insbesondere bei Kaltstartgeräten der Betrieb von Lampen, die einen längeren Zündvorgang aufweisen, nicht sichergestellt ist.To a circuit arrangement with charge pump before being destroyed by a not to secure or poorly igniting lamp, it is common for the circuit arrangement to be equipped with a shutdown. The shutdown is usually monitors the voltage at the storage capacitor. If the value of the Voltage at the storage capacitor above a predetermined switch-off value, the Circuit arrangement deactivated. So there’s the problem that especially in the case of cold start devices, the operation of lamps that last a long time Have ignition process is not ensured.
Im Stand der Technik wird zur Lösung dieses Problems ein Pumpsteuerungsschalter vorgeschlagen, über den im geschlossenen, d. h. niederohmigen Zustand, ein Pumpunterdrückungsstrom fließt. Der Pumpsteuerungsschalter ist im Stand der Technik als elektronischer Schalter, beispielsweise als MOSFET ausgeführt. Der Pumpunterdrückungsstrom bewirkt im wesentlichen, dass das Pumpelement dem Speicherkondensator nicht nur Energie liefert, sondern auch Energie entziehen kann und somit die Ladungspumpe in ihrer Funktionsfähigkeit eingeschränkt oder ganz außer Betrieb gesetzt wird. Die Ladungspumpe enthält im allgemeinen die Serienschaltung aus einer ersten und einer zweiten Pumpdiode. Diese Serienschaltung ist zwischen die Netzspannung und den Speicherkondensator geschaltet. Der Verbindungspunkt der Pumpdiode wird über das Pumpelement mit der Hochfrequenzschwingung beaufschlagt. Der Pumpsteuerungsschalter wird parallel zur Serienschaltung der Pumpdioden geschaltet.In the prior art, a pump control switch is used to solve this problem proposed about the closed, d. H. low resistance state, a pump suppression current flows. The pump control switch is state of the art designed as an electronic switch, for example as a MOSFET. The pump suppression current essentially causes the pump element to the storage capacitor not only provides energy, but can also withdraw energy and thus the charge pump is limited in its functionality or completely out of operation is set. The charge pump generally contains the series connection a first and a second pump diode. This series connection is between the Mains voltage and the storage capacitor switched. The connection point of the The high-frequency oscillation is applied to the pump diode via the pump element. The pump control switch becomes parallel to the series connection of the pump diodes connected.
Prinzipiell ist es möglich die Funktionsfähigkeit der Ladungspumpe auch dadurch zu unterdrücken, dass seriell oder parallel zum Pumpelement ein Schalter angeordnet wird. Da ein Pumpelement in der Regel jedoch außer der Funktion in der Ladungspumpe auch andere Einflüsse und Funktionen in der Schaltungsanordnung hat, wird von dieser Möglichkeit in Praxis nicht Gebrauch gemacht. In principle, the functionality of the charge pump is also possible suppress that a switch is arranged in series or parallel to the pump element becomes. As a rule, however, a pump element has no function in the charge pump also has other influences and functions in the circuit arrangement this option was not used in practice.
Es ist auch möglich, dass die Ladungspumpe nicht nur eine Serienschaltung vonIt is also possible that the charge pump is not just a series connection of
Pumpdioden enthält, sondern mehrere parallel geschaltete Serienschaltungen von Pumpdioden, deren jeweilige Verbindungspunkte über unterschiedliche Pumpelemente mit einer Hochfrequenzschwingung beaufschlagt werden. In diesem Fall besteht die Ladungspumpe aus mehreren sog. Pumpzweigen. Durch den Pumpsteuerungsschalter werden alle Pumpzweige gleichermaßen beeinflusst.Contains pump diodes, but several series circuits connected in parallel Pump diodes, their respective connection points via different pump elements be subjected to high-frequency vibration. In this case there is the charge pump from several so-called pump branches. Through the pump control switch all pump branches are affected equally.
In der Schrift US 5,396,153 (Shackle) wird der Pumpsteuerungsschalter von einer Steuereinrichtung gesteuert, die den Wert der Spannung am Speicherkondensator überwacht. Die Steuereinrichtung vergleicht den Wert der Spannung am Speicherkondensator mit einer vorgegebenen Schwelle und schaltet den Pumpsteuerungsschalter bei Überschreiten der Schwelle ein, wodurch die Ladungspumpe außer Betrieb gesetzt wird.In US 5,396,153 (Shackle) the pump control switch is from a Control device that controls the value of the voltage across the storage capacitor supervised. The control device compares the value of the voltage across the storage capacitor with a predetermined threshold and switches the pump control switch when the threshold is exceeded, causing the charge pump to stop operating is set.
In der Schrift US 5,986,408 (Langeslag) wird der Pumpsteuerungsschalter von einer Steuereinrichtung gesteuert, die die Zündung der Lampe überwacht. Solange die Lampe nicht gezündet hat, ist der Pumpsteuerungsschalter geschlossen und damit die Ladungspumpe außer Betrieb.In US 5,986,408 (Langeslag), the pump control switch is from a Controlled control device that monitors the ignition of the lamp. As long as the Has not ignited, the pump control switch is closed and thus the Charge pump out of order.
In beiden Schriften zum Stand der Technik muss zusätzlich zum Pumpsteuerungsschalter ein Aufwand für dessen Steuerung getrieben werden.In both prior art writings, in addition to the pump control switch an effort to control it is driven.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die mit geringem Aufwand einen Anstieg des Werts der Spannung am Speicherkondensator während der Zündung verhindert.It is an object of the present invention to provide a circuit arrangement according to the Provide the preamble of claim 1, the increase with little effort of the value of the voltage on the storage capacitor prevented during ignition.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved by a circuit arrangement with the features of the preamble of claim 1 by the features of the characterizing part of the claim 1 solved. Particularly advantageous configurations can be found in the dependent ones Claims.
Erfindungsgemäß handelt es sich beim Pumpsteuerungsschalter nicht um einen elektronischen Schalter, der einen Steuereingang besitzt, der von einer Steuereinrichtung bedient werden muss. Vielmehr handelt es sich beim erfindungsgemäßen Pumpsteuerungsschalter um ein Bauelement, das durch den Pumpunterdrückungsstrom während einer Aufheizzeit aufgeheizt wird. Erreicht der, erfindungsgemäße Pumpsteuerungsschalter eine vorgegeben Schalttemperatur, so steigt sein Widerstand an, wodurch der Pumpunterdrückungsstrom reduziert und damit die Ladungspumpe wirksam wird. Vorteilhaft benötigt der erfindungsgemäße Pumpsteuerungsschalter keine Steuereinrichtung, wie dies im Stand der Technik der Fall ist. Selbsttätig unterdrückt er während seines Aufheizvorganges die Funktionsfähigkeit der Ladungspumpe und verhindert in dieser Zeit ein Ansteigen des Werts der Spannung am Speicherkondensator. Die Aufheizzeit ist so bemessen, dass auch eine schlecht zündende Lampe sicher gezündet werden kann. Hat die Lampe nach der Aufheizzeit nicht gezündet, so handelt es sich um eine defekte Lampe oder es liegt ein anderer Fehlerfall vor und die Schaltungsanordnung muss außer Betrieb gesetzt werden. Dies kann durch eine Abschaltvorrichtung geschehen, die den Wert der Spannung am Speicherkondensator überwacht. Entscheidend ist, dass diese Abschaltvorrichtung nicht zur Steuerung der Ladungspumpe dient, sondern ausschließlich im Fehlerfall eingreift. Der erfindungsgemäße Pumpsteuerungsschalter benötigt zu seiner Steuerung keine Steuereinrichtung und bietet somit eine kostengünstige Möglichkeit auch schlecht zündende Lampen mit Schaltungsanordnungen zu zünden, die eine Ladungspumpe enthalten.According to the invention, the pump control switch is not an electronic one Switch that has a control input from a control device must be operated. Rather, it is the pump control switch according to the invention around a device that is driven by the pump suppression current a heating time is heated. Reaches the pump control switch according to the invention a given switching temperature, its resistance increases, causing the pump suppression current is reduced and the charge pump is effective becomes. The pump control switch according to the invention advantageously does not require any Control device, as is the case in the prior art. Automatically suppressed during the heating process, the functionality of the charge pump and prevents an increase in the value of the voltage at the storage capacitor during this time. The heating-up time is such that even a poorly igniting lamp is safe can be ignited. If the lamp did not ignite after the heating-up time, then so is it a defective lamp or is there another fault and the circuit arrangement must be taken out of operation. This can be done through a Shutdown happen, the value of the voltage across the storage capacitor supervised. It is crucial that this switch-off device is not used to control the Charge pump serves, but intervenes only in the event of a fault. The invention Pump control switch requires no control device for its control and thus offers a cost-effective option for poorly igniting lamps to ignite with circuit arrangements containing a charge pump.
Bevorzugt werden für den erfindungsgemäßen Pumpsteuerungsschalter sog. Kaltleiter verwendet, die in der Literatur auch als PTC (Positive Temperature Coefficient) bezeichnet werden. Bei der Inbetriebnahme der Schaltungsanordnung weist der Kaltleiter eine Temperatur auf, bei der er einen Widerstand besitzt dessen Wert so gering ist, dass ein wirksamer Pumpunterdrückungsstrom fließen kann. Durch diesen Pumpunterdrückungsstrom wird der Kaltleiter aufgeheizt. Kaltleiter besitzen naturgemäß einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen Temperatur und Widerstandswert. Demgemäss existiert eine oben beschriebene Schalttemperatur. Erreicht der Kaltleiter diese Schalttemperatur so steigt sein Widerstand auf Werte, die keinen wirksamen Pumpunterdrückungsstrom mehr fließen lassen und somit die Ladungspumpe ihrer Bestimmung gemäß arbeiten kann. Die Verlustleitung im Kaltleiter, die Schalttemperatur und die thermische Trägheit des Kaltleiters sind erfindungsgemäß so aufeinander abgestimmt, dass die Schalttemperatur nach einer Zeit erreicht wird, die ausreichend ist, um eine schlecht zündende Lampe zu zünden.So-called PTC thermistors are preferred for the pump control switch according to the invention used in the literature also as PTC (Positive Temperature Coefficient) be designated. When the circuit arrangement is started up, the PTC thermistor a temperature at which he has a resistance whose value is so low is that an effective pump suppression current can flow. Through this The PTC thermistor is heated up by pump suppression current. Naturally, PTC thermistors have a non-linear relationship between temperature and resistance. Accordingly, there is a switching temperature described above. Reaches the PTC thermistor this switching temperature so its resistance rises to values that none effective pump suppression current flow more and thus the charge pump can work as intended. The loss line in the PTC thermistor, the Switching temperature and the thermal inertia of the PTC thermistor are according to the invention coordinated so that the switching temperature is reached after a time, which is sufficient to ignite a poorly igniting lamp.
Prinzipiell kann auch ein Heißleiter (NTC) zur Steuerung der Ladungspumpe eingesetzt werden, beispielsweise seriell zum Pumpelement geschaltet. Dabei treten jedoch zum einen, die bereits oben aufgeführten Nachteile auf, andererseits ist die Nichtlinearität von Heißleitern nicht derart ausgeprägt, dass sich eine eindeutige Schalttemperatur ausbildet. Damit ist die Funktionsweise der Ladungspumpe nicht zuverlässig reproduzierbar.In principle, a thermistor (NTC) can also be used to control the charge pump are connected, for example, in series with the pump element. In doing so, however on the one hand, the disadvantages already listed above, on the other hand, the Non-linearity of thermistors is not so pronounced that there is a clear one Forms switching temperature. This is not how the charge pump works reliably reproducible.
Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Pumpsteuerungsschalter parallel zur Serienschaltung der Pumpdioden geschaltet. Zur Gleichrichtung der Netzspannung besitzt eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung einen Gleichrichter, der im allgemeinen aus in einer Brückenschaltung angeordneten Gleichrichterdioden besteht. Aus der Literatur ist bekannt, dass die Aufgabe der der Netzspannung zugewandten Pumpdiode auch durch Gleichrichterdioden übernommen werden kann. Von der Serienschaltung der Pumpdioden ist in diesem Fall nur noch die dem Speicherkondensator zugewandte Pumpdiode zugänglich. Der erfindungsgemäße Pumpsteuerungsschalter ist in diesem Fall parallel zu dieser Pumpdiode geschaltet.The pump control switch according to the invention is preferred in parallel with the series connection of the pump diodes switched. To rectify the mains voltage a generic circuit arrangement a rectifier, which in general consists of rectifier diodes arranged in a bridge circuit. From the Literature is known that the task of the pump diode facing the mains voltage can also be taken over by rectifier diodes. From the series connection in this case, the pump diode is only the one facing the storage capacitor Pump diode accessible. The pump control switch according to the invention is in this case connected in parallel to this pump diode.
Bei Ladungspumpen mit mehreren Pumpzweigen kann es wünschenswert sein durch den Pumpsteuerungsschalter nur einen Pumpzweig zu beeinflussen. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn zur Zündung der Lampe eine gegenüber dem Spitzenwert der Netzspannung erhöhte Spannung nötig ist. Zur wirksamen Reduzierung der Funktionsweise eines Pumpzweiges wird der erfindungsgemäße Pumpsteuerungsschalter parallel zu der Pumpdiode geschaltet die zum betreffenden Pumpzweig gehört und dem Speicherkondensator zugewandt ist. For charge pumps with multiple pump branches, it may be desirable to to influence the pump control switch only one pump branch. For example, this is then advantageous if one to ignite the lamp over the Peak value of the mains voltage increased voltage is necessary. For effective reduction the pump control switch according to the invention becomes the mode of operation of a pump branch connected in parallel to the pump diode to the relevant pump branch heard and facing the storage capacitor.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
- Figur 1
- ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
- Figur 2
- ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
- Figur 3
- ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
- Figur 4
- ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
- Figure 1
- an embodiment of a circuit arrangement according to the invention
- Figure 2
- a further embodiment of a circuit arrangement according to the invention
- Figure 3
- a further embodiment of a circuit arrangement according to the invention
- Figure 4
- a further embodiment of a circuit arrangement according to the invention
Im folgenden werden Transistoren durch den Buchstaben T, Dioden durch den Buchstaben D, Kondensatoren durch den Buchstaben C, Drosseln durch den Buchstaben L, Potenziale durch den Buchstaben P jeweils gefolgt von einer Zahl bezeichnet. Auch werden im Folgenden für gleiche und gleichwirkende Elemente der verschiedenen Ausführungsbeispiele durchweg gleiche Bezugszeichen verwendet.In the following, transistors are identified by the letter T, diodes by the letter D, capacitors by the letter C, chokes by the letter L, potentials denoted by the letter P followed by a number. Also below are for the same and equivalent elements of the different Embodiments used the same reference numerals throughout.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dargestellt. An den Eingangsklemmen J 1 und J2 ist der Anschluss einer Netzspannung vorgesehen, die in eine Filtereinrichtung F eingespeist wird. Die Filtereinrichtung F dient zur Unterdrückung von Funkstörungen. Der Ausgang der Filtereinrichtung F ist mit einem Gleichrichter bestehend aus den Dioden D1, D2, D3 und D4 verbunden. Die Dioden D1-D4 sind in einer bekannten Brückengleichrichter-Schaltung verschaltet. Über die Dioden D1 und D3 wird an einem Potenzial P1 das positive Potenzial der gleichgerichteten Netzspannung zur Verfügung gestellt. Ein Massepotenzial M ist mit den Dioden D2 und D4 verbunden. Zwischen P1 und einem Potenzial P2 ist die Serienschaltung einer ersten Pumpdiode D5 und einer zweiten Pumpdiode D6 geschaltet. Die Polung der Pumpdioden ist so gewählt, dass die Netzspannung in der Schaltungsanordnung einen Stromfluss erzeugen kann. Zwischen dem Potenzial P2 und dam Massepotenzial M ist ein Speicherkondensator C1 geschaltet.A circuit arrangement according to the invention is shown in FIG. At the input terminals J 1 and J2 is provided to connect a mains voltage, which in a filter device F is fed. The filter device F serves for suppression of radio interference. The output of the filter device F is with a Rectifiers consisting of diodes D1, D2, D3 and D4 connected. The diodes D1-D4 are connected in a known bridge rectifier circuit. About the Diodes D1 and D3 become the positive potential of the rectified at a potential P1 Mains voltage provided. A ground potential M is with the Diodes D2 and D4 connected. The series connection is between P1 and a potential P2 a first pump diode D5 and a second pump diode D6. The polarity of the pump diodes is chosen so that the mains voltage in the circuit arrangement can generate a current flow. Between the potential P2 and A storage capacitor C1 is connected to ground potential M.
Die Spannung an C1 speist einen Wechselrichter, der im folgenden beschreiben wird. Zwischen P2 und dem Massepotenzial M ist die Serienschaltung eines ersten und eines zweiten Halbleiterschalters T1 und T2 geschaltet, die eine sog. Halbbrücke bilden. Am Verbindungspunkt der Halbleiterschalter bildet sich das Potenzial P4 aus. Die Halbleiterschalter sind im Beispiel als MOSFET ausgeführt. Sie können jedoch auch beispielsweise als Bipolartransistoren oder IGBTs ausgeführt sein. T1 und T2 werden an den Gates abwechselnd von einem Halbbrückentreiber HT angesteuert. Den Takt dieser Ansteuerung gibt eine Ansteuerschaltung A vor. Diese kann ihren Takt unabhängig oder abhängig von Ausgangsgrößen der Halbbrücke erzeugen. Im letzteren Fall spricht man von einem selbsterregten Halbbrückenwechselrichter. Die Funktionsweise eines derartigen Wechselrichters ist beispielsweise in der Schrift EP 781 077 (Schmitt) erläutert. Zwischen dem Potenzial P4 und einem Potenzial P5 ist eine Lampendrossel L1 geschaltet. Zwischen P5 und P2 ist die Serienschaltung einer Lampe Lp und eines Koppelkondensators C51 geschaltet. Die Hochfrequenzschwingungen an P4 und P5 werden über die Kondensatoren C31 und C41 dem Verbindungspunkt der Pumpdioden D5 und D6 zugeführt, wo sich das Potenzial P3 ausbildet. Im vorliegenden Fall bilden C31 und C41 die Pumpelemente.The voltage at C1 feeds an inverter, which is described below. Between P2 and the ground potential M is the series connection of a first and of a second semiconductor switch T1 and T2, which is a so-called half-bridge form. The potential P4 forms at the connection point of the semiconductor switches. In the example, the semiconductor switches are designed as MOSFETs. However, you can can also be designed, for example, as bipolar transistors or IGBTs. T1 and T2 are alternately controlled at the gates by a half-bridge driver HT. A control circuit A specifies the clock of this control. This can be yours Generate clock independently or depending on output variables of the half-bridge. in the the latter case is called a self-excited half-bridge inverter. The Functioning of such an inverter is for example in the document EP 781 077 (Schmitt) explains. Is between the potential P4 and a potential P5 a lamp inductor L1 switched. The series connection between P5 and P2 is one Lamp Lp and a coupling capacitor C51 switched. The high frequency vibrations at P4 and P5 become the connection point via capacitors C31 and C41 of the pump diodes D5 and D6, where the potential P3 is formed. In the present case, C31 and C41 form the pump elements.
Erfindungsgemäß ist parallel zur Serienschaltung der Pumpdioden D5 und D6 der Kaltleiter KL geschaltet. Solange er kalt ist fließt bei niedrigem Potenzial an P3 ein Pumpunterdrückungsstrom von P2 über den Kaltleiter KL und über D5. Dadurch wird die Funktionsweise der Ladungspumpe bestehend aus den Elementen D5, D6, C31 und C41 wirksam reduziert und ein stetiges Ansteigen der Spannung am Speicherkondensator beim Zündvorgang wird vermieden. Durch den Pumpunterdrückungsstrom heizt sich der Kaltleiter KL auf. Erreicht er eine Schalttemperatur, so steigt sein Widerstand stark an. Der Strom, der bei niedrigem Potenzial an P3 über den Kaltleiter fließt, ist dann gegenüber dem Strom, der aus der Netzspannung bezogen wird vernachlässigbar. Die Funktionsweise der Ladungspumpe ist nicht mehr wirksam beeinträchtigt. Im Ausführungsbeispiel aus Figur 1 wird die Hochfrequenzschwingung an P4 und an P5 für die Ladungspumpe ausgenutzt. Es ist auch möglich, nur eine der beiden Hochfrequenzschwingungen zu nutzen. Der Kondensator, der mit der nicht benutzten Hochfrequenzschwingung verbunden ist, kann dann mit P2 gekoppelt werden.According to the invention, parallel to the series connection of the pump diodes D5 and D6 PTC thermistor switched. As long as it is cold, P3 flows in at a low potential Pump suppression current from P2 via the PTC thermistor KL and via D5. Thereby the functioning of the charge pump consisting of the elements D5, D6, C31 and C41 effectively reduced and a steady increase in the voltage at the storage capacitor is avoided during the ignition process. By the pump suppression current the PTC thermistor heats up. If it reaches a switching temperature, so his resistance rises sharply. The current at P3 over low potential the PTC thermistor flows is then compared to the current drawn from the mains voltage becomes negligible. The functioning of the charge pump is no longer effectively impaired. In the exemplary embodiment from FIG. 1, the high-frequency oscillation exploited at P4 and at P5 for the charge pump. It is also possible, to use only one of the two high-frequency vibrations. The capacitor that with the unused high-frequency oscillation can then be coupled to P2 become.
Eine weitere Variationsmöglichkeit besteht darin, dass die Pumpdioden D5 und D6 nicht in den positiven Ausgang des Gleichrichters eingeschleift sind, sondern in den negativen. In diesem Fall wird das Massepotenzial M über die Serienschaltung der Pumpdioden mit dem negativen Ausgang des Gleichrichters, d.h. dem Verbindungspunkt der Dioden D2 und D4, verbunden.Another possible variation is that the pump diodes D5 and D6 are not looped into the positive output of the rectifier, but into the negative. In this case, the ground potential M via the series connection of the Pump diodes with the negative output of the rectifier, i.e. the connection point of diodes D2 and D4.
In Figur 2 ist ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
dargestellt. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 sind zwei Veränderungen
zu verzeichnen:
Die beiden Veränderungen zwischen Figur 1 und Figur 2 sind nicht gekoppelt, sondern können unabhängig voneinander vorgenommen werden. Dies gilt gleichermaßen für alle aus der Literatur bekannten Variationen der Ladungspumpe. The two changes between Figure 1 and Figure 2 are not coupled, but can be done independently. This applies equally for all variations of the charge pump known from the literature.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 besitzt die Schaltungsanordnung nun zwei Pumpzweige. Parallel zu den Pumpdioden D5 und D6 ist eine weitere Serienschaltung aus den Pumpdioden D7 und D8 geschaltet. Die Kondensatoren C33 und C43 sind im Vergleich zu Figur 1 nicht an einem Ende verbunden. Nur noch der Kondensator C33 ist mit dem Potenzial P3 verbunden. Im zweiten Pumpzweig wird die Hochfrequenzschwingung des Potenzials P5 über den Kondensator C43 dem Potenzial P6 zugeführt, das die Verbindungsstelle der Pumpdioden D7 und D8 des zweiten Pumpzweigs bezeichnet.FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention shown. Compared to the embodiment of Figure 1, the Circuit arrangement now two pump branches. Parallel to the pump diodes D5 and D6 is a further series circuit made up of pump diodes D7 and D8. The Capacitors C33 and C43 are not connected at one end compared to FIG. 1. Only the capacitor C33 is connected to the potential P3. in the The second pump branch is the high-frequency oscillation of the potential P5 over the Capacitor C43 fed to potential P6, which is the junction of the pump diodes D7 and D8 of the second pump branch designated.
Erfindungsgemäß ist der Kaltleiter KL nur parallel zur Pumpdiode D6 des ersten Pumpzweiges geschaltet. Damit wird gezielt nur die erste Ladungspumpe beeinflusst. Die zweite Ladungspumpe ist auch während der Zündung wirksam. Dies kann wünschenswert sein, um während des Zündvorgangs eine höhere Spannung am Speicherkondensator C1 zu erzielen und somit die Zündspannung erhöht wird.According to the invention, the PTC thermistor KL is only parallel to the pump diode D6 of the first Pump branch switched. This only influences the first charge pump in a targeted manner. The second charge pump is also active during the ignition. This can be desirable be to a higher voltage on the storage capacitor during the ignition process To achieve C1 and thus the ignition voltage is increased.
Es ist auch möglich, dass der Kaltleiter KL parallel zur Pumpdiode D8 geschaltet ist. In diesem Fall wird der zweite Pumpzweig bis zur Aufheizung des Kaltleiters wirkungslos geschaltet.It is also possible for the PTC thermistor KL to be connected in parallel with the pump diode D8. In this case, the second pump branch becomes ineffective until the PTC thermistor heats up connected.
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